Nuove celle solari a sei giunzioni: efficienza quasi al 50%

Gloria Cipressi / 8 Giugno, 2020 / Fotovoltaico

Un nuovo passo avanti nella ricerca di nuove soluzioni per pannelli solari ad alta efficienza: celle solari a sei giunzioni. Scopri di più, in questo articolo

Un nuovo passo avanti nella ricerca di nuove soluzioni per pannelli solari ad alta efficienza: celle solari a sei giunzioni, con performance mai raggiunte prima.

Il progetto, presentato da un gruppo di ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL), detiene ora il record per la più alta efficienza di conversione solare al mondo: 47,1% di luce incidente in elettricità sotto concentrazione ottica.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Energy, può aprire nuove strade nel mercato dell’energia solare: vediamo, dunque, in cosa consiste questa nuova cella solare.

Fotovoltaico ad alta efficienza: la cella solare a sei giunzioni

La cella solare presentata dagli scienziati del NREL utilizza sei diversi tipo di strati fotoattivi (le giunzioni del pannello).

I materiali III-V utilizzati, chiamati così in virtù della loro posizione sulla tavola periodica, presentano ciascuno una vasta gamma di proprietà di assorbimento della luce. Il dispositivo contiene più di 140 strati di questi materiali ma, nonostante questo, è tre volte più sottile di un capello umano.

Il fotovoltaico multigiunzione nasce proprio con l’obiettivo di superare i limiti di efficienza delle celle solari tradizionali, ma in questo caso i risultati raggiunti hanno permesso di stabilire un nuovo record mondiale.

Come detto, con illuminazione concentrata (143 soli) l’efficienza registrata è stata del 47,1%. Tuttavia, gli studiosi hanno poi effettuato dei nuovi test sotto l’illuminazione solare, ottenendo anche in quel caso il record di efficienza del 39,2%.

Secondo quanto riportato nell’articolo pubblicato su Nature Energy (“Six-junction III-V solar cells with 47.1% conversion efficiency under 143 suns concentration“) un’ulteriore riduzione della resistenza in serie all’interno della struttura di questa cella solare potrebbe consentire efficienze anche superiori al 50%.

Celle solari a sei giunzioni: costi ancora poco accessibili

Secondo John Geisz, scienziato del gruppo NREL e autore principale della ricerca, il dispositivo realizzato dimostra quanto sia grande il potenziale delle celle solari multigiunzione.

Al momento, però, lo scoglio principale rimane quello dei costi: rispetto al fotovoltaico tradizionale, infatti, questa tecnologia viene utilizzata soprattutto nel settore aerospaziale, per alimentare i satelliti, mentre risulta ancora troppo costosa per un’applicazione su larga scala.

Ryan France, co-autore dello studio e anch’egli scienziato del gruppo NREL, indica una possibile soluzione: “Un modo per ridurre i costi è ridurre l’area richiesta. È possibile farlo usando uno specchio per catturare la luce e focalizzarla su un punto, quindi può bastare un centesimo o addirittura un millesimo del materiale, rispetto a una cella di silicio a piastra piatta. Si utilizza molto meno materiale semiconduttore concentrando la luce. Un ulteriore vantaggio è che l’efficienza aumenta quando si concentra la luce“.

Ridurre i costi di produzione rimane quindi l’obiettivo primario, cercando comunque di aumentare ancora l’efficienza delle celle: sebbene non sia possibile raggiungere il 100% (la termodinamica ha alcuni limiti che non possono essere superati), andare oltre il 50% sarebbe già un altro grande passo in avanti.

A proposito di record: Trina Solar e fotovoltaico bifacciale

Sempre a proposito di record e pannelli solari ad alta efficienza, Trina Solar (partner di BayWa r.e.) ha annunciato da qualche mese un nuovo primato per quanto riguarda il fotovoltaico bifacciale.

Annunciato dallo State Key Laboratory (SKL) of PV Science and Technology (PVST) dell’azienda cinese, e confermato in maniera indipendente anche dall’istituto tedesco ISFH CalTeC, il risultato raggiunto è stato del 23,22% di efficienza, ottenuto da una cella solare bifacciale in silicio monocristallino di tipo n.

Questa cella, con superficie di 247,79 cm quadrati e tecnologia i-TOPCon (Industrial Tunnel Oxide Passivated Contact), prevede uno strato sottile di ossido tra i contatti metallici e il wafer di silicio, per ridurre le perdite da ricombinazione e migliorare la passivazione del wafer stesso, sfruttando quindi l’utilizzo di contatti selettivi per elettroni e lacune (i portatori di carica).

Inoltre, è stata realizzata con un processo industriale a basso costo: ulteriore elemento positivo in ottica di una produzione su larga scala. Qui trovi l’articolo dedicato.

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